Магнитная цепь машины постоянного тока

Картина распределения магнитного поля в машине в пределах ее сектора АОВ для всех подобных секторов одинакова. Поэтому для определения н.с., создающей магнитный поток, достаточно ограничиться расчетом магнитного поля в пределах одного сектора, т. е. в пределах одной пары полюсов. Обозначим искомую н.с. через Fцепи. Она равна сумме н.с. отдельных участков цепи.

Магнитную цепь машины разбиваем на следующие участки: 1) 2d — воздушные зазоры; 2) 2lz — зубцы якоря; 3) la — сердечник якоря; 4) 2lм — полюсы; 5) lс — ярмо статора.

Fцепи = F1 + F2 + … + Fn,

где Fx = Нx∙lx, т. е. Fx равно магнитному напряжению какого-либо участка магнитной цепи (х = 1, 2,..., n).

Расчет н.с. Fцепи, производим в таком порядке: по э.д.с. Еа, которая должна наводиться в обмотке якоря, находим магнитный поток Ф; по размерам машины находим сечение Sx для каждого участка магнитной цепи; затем определяем индукцию

Ф = Еа/(n∙Се),

Вх = Ф/Sх,

где Се коэффициент, определяемый конструктивными параметрами машины и не зависящий от режима ее работы, n частота вращения якоря.

По значению Bx, пользуясь кривыми намагничивания для соответствующего материала, находим Нх и Нx∙lx; наконец, просуммировав магнитные напряжения всех участков, определяем н.с. цепи Fцепи.

Магнитные напряжения для полюсов (и ярма статора) находятся по потоку Фм (и Фм/2), который больше потока Ф в воздушном зазоре из-за наличия поля рассеяния. Магнитные линии этого поля в промежутке между полюсами показаны на рисунке тонким пунктиром.

Отношение Фм / Ф = s называется коэффициентом рассеяния полюсов.

Таким образом, имеем:

Фм = s∙Ф;

для нормальных машин постоянного тока

s = 1,12÷1,17.

Задаваясь различными значениями э.д.с. в пределах Еа= (0,5 ÷ 1,25) Uн и определяя соответствующие значения потока Ф и затем, как указано, Fцепи, можем построить кривую Еа = f(Fцепи).

Еа обозначена через Е₀, чтобы показать, что мы имеем э.д.с. при холостом ходе машины. Приведенная кривая называется характеристикой холостого хода. Она имеет важное значение при исследовании электрической машины.

На оси абсцисс можно было бы вместо Fцепи взять ток в обмотке возбуждения Iв, называемый током возбуждения. Он равен Iв = Fцепи /2wв, где wв — число витков обмотки возбуждения на одном полюсе.

Начальная часть характеристики идет в виде прямой линии, так как она соответствует ненасыщенному состоянию стальных участков магнитной цепи. Здесь можно считать н.с. Fцепи равной магнитному напряжению воздушных зазоров Fd, a Fd пропорциональна Ф или Е₀. При увеличении э.д.с. Е₀, а следовательно, и потока Ф начинает сказываться насыщение стальных участков магнитной цепи; характеристика холостого хода при этом искривляется.

При E₀ = Uн и при номинальной скорости вращения n_Н большая часть Fцепи приходится на воздушные зазоры 2d. Для нормальных машин постоянного тока имеем приблизительно такое соотношение:

Fd / Fцепи = 0,80 ÷ 0,9.

На характеристике холостого хода это соотношение

Реакция якоря.

Обмотка возбуждения генератора расположена на сердечниках главных полюсов. При прохождении по ней тока создается магнитное поле, называемое полем главных полюсов. При разомкнутой внешней цепи генератора магнитные силовые линии располагаются в полюсах и якоре симметрично вертикальной оси (рис.а).

Введем понятия о геометрической и физической нейтралях. Геометрической нейтралью называется линия, проведенная через центр якоря перпендикулярно оси противоположных полюсов (горизонтальная линия 0₁—0₁). Физическая нейтраль представляет собой условную линию, которая разделяет зоны влияния северного и южного полюсов на обмотку якоря и проходит перпендикулярно направлению магнитного потока электромашины.

В проводнике обмотки, который при вращении якоря проходит физическую нейтраль, э.д.с. не индуктируется, так как такой проводник скользит вдоль магнитных силовых линий, не пересекая их. В случае отсутствия тока в якоре (см.рис. а) физическая нейтраль n—n совпадает с геометрической нейтралью.